低温技术ppt课件

循环的理论性能系数
斯特林制冷机
图2 活塞简谐运动情况下斯特林制冷循环原理图 （a）曲柄连杆机构驱动的双活塞结构，Vco超前于Va （b）活塞做简谐运动时的容积变化规律
斯特林制冷机
（a）冷腔
（b）室温腔 （c）总工作容积 图3 斯特林制冷机的P－v图
斯特林制冷机
优点：
结构紧凑
工作温度范围宽 起动快 效率高 操作简便
斯特林制冷机
斯 特 林 制 冷 机
由于斯特林制冷机的高效性和可靠 性，它被广泛的应用于航天航空，导弹 制导，遥感遥测等诸多低温领域。 现在斯特林制冷机是小型低温制冷 机中应用最广，机型最多，技术最成熟 的一种。
斯特林制冷机
斯特林制冷机：冷量换热器C，回热器R， 冷却器A，两个汽缸，两个活塞
斯特林制冷机
低温吸附
T2.5KT20K
排氦 排氖
T0.3KT4.2K
T6K
低温泵简介
低温泵的类型： 工作压力 用于连续流范围的 用于分子流范围的 储槽式 冷却方式 蒸发式
制冷式
低温泵简介
低温泵的优良性能： 比抽速高 外形没有限制 可提供完全清洁的真空，对真空系统没有 污染
可获得极低压强的真空度
获得低温的基本方法
G-M 制 冷 机
氦稀释制冷
He3，He4的混合液温度在0.87k以下 时，则分离成两相，上相是He3的浓相， 下相是He4浓相。若提取He4溶液中的He3 原子，则He3原子就会由上相溶解到下相 ，产生吸热反应，从而降低温度。 He3在稀释相中的焓和熵比在浓缩相 中要大得多
氦稀释制冷
低温制冷机
斯特林制冷机 低 温 制 冷 机 吉福特-麦克马洪（G-M）制冷机 维勒米尔制冷机 索尔文制冷机 脉管制冷机
绝热退磁制冷
实现绝热去磁过程的装置
绝热退磁制冷
1927年德贝（Debye）和杰克（Giauque）预言了 可以利用磁热效应制冷。1933年杰克实现了绝热 去磁制冷。从此，在极低温领域（mK级至16K范 围）磁制冷发挥了很大作用。现在低温磁制冷技 术比较成熟。美国、日本、法国均研制出多种低 温磁制冷冰箱，为各种科学研究创造极低温条件。 例如用于卫星、宇宙飞船等航天器的参数检测和 数处理系统中，磁制冷还用在氦液化制冷机上。 而高温区磁制冷尚处于研究阶段。但由于磁制冷 不要压缩机、噪声小，小型、量轻等优点，进一 步扩大其高温制冷应用很有诱惑力，目前十分重 视高温磁制冷的开发。
液体蒸发制冷原理图
相变制冷
液体蒸发制冷循环的四个基本过程： 制冷剂液体在低压下气化产生低压蒸气 将低压蒸气抽出并提高压力变为高压气 将高压气冷凝为高压液体 高压液体降压控制阀向 环境绝热放气（或用真空抽气）时，则残留 在容器中的气体将要向放出的气体作推动功 ，消耗它本身的一部分热力学能（内能）， 因而温度降低。
低温技术
低温技术
制冷技术是研究获得低温的方 式及其机理和应用的科学技术。
低温：低于环境温度（广义）。
低温技术
制 冷 技 术
普冷技术
制冷技术
（ 120K—环境温度） 深冷技术 低温技术
（绝对零度—120K）
低温技术
一 低温技术概论 二 低温制冷机 三 低温泵
低温技术概论
低温技术与真空技术的关系
斯特林制冷机
斯特林制冷机的成功，绝大部分是 依靠系统中所使用的回热器的效能。若 回热器效率低于100％，这就意味着， 气体制冷机在冷源的制冷量将有一部分 消耗在将制冷机气体冷却到冷源温度的 过程中。
G-M 制 冷 机
G-M 制 冷 机
特点：振动小，工作可靠，可长时 间连续运转 基本原理：绝热放气膨胀法
气体等熵膨胀制冷
气体在一定的温度与压力下，通过 节流阀或膨胀机等熵膨胀时，它的温度 会降低甚至还会液化。该种制冷方法在 气体的液化与分离，及气体制冷机中应 用最广。
涡流制冷
利用人工方法产生的涡流使气流分离 成冷、热两部分，利用分离出的冷气 流制冷。
温差热电制冷
1834年，法国物理学家 帕尔帖在铜丝的两头各接 一根铋丝，再将两根铋丝 分别接到直流电源的正负 极上，通电后，他惊奇的 发现一个接头变热，另一 个接头变冷；这个现象后 来就被称为“帕尔帖效 应”。
低温泵简介
获得低温的基本方法
低温技术与真空技术的关系
低温技术和真空技术之间存在着密不可分 的关系： 两者之间的关系主要以气体与固体 或液体表面之间的相互作用为基础。 在极低温下可以获得真空；为了获 得和保持低温，必须应用真空技术。
低温技术与真空技术的关系
低温凝聚 排氢
0 .3K T 2.5K
斯 特 林 循 环
等温压缩（1-2） 等容放热（2-3） 等温膨胀（3-4） 等容吸热（4-1）
斯特林制制冷机
(a)结构示意图
(b)活塞运动示意 图1 斯特林制冷循环的工作过程
(c)压容图与温熵图
斯特林制冷机
1-2放热过程，理论放热量等于压缩功
3-4制冷过程，理论制冷量等于膨胀功
斯特林制冷机
循环消耗功
吸附制冷
绝热退磁制冷
早在1907年郎杰斐（ngevin）就 注意到：顺磁体绝热去磁过程中，其温度 会降低。 磁热效应：磁性离子系统在磁场施 加与除去过程中所出现的热现象。
绝热退磁制冷
机理：固体磁性物质（磁性离子构成 的系统）在受磁场作用磁化时，系统 的磁有序度加强（磁熵减小），对外 放出热量；再将其去磁，则磁有序度 下降（磁熵增大），又要从外界吸收 热量。
温差热电制冷
“帕尔帖效应”的原理为： 电荷载体在导体中运动形成电流，由 于电荷载体在不同的材料中处于不同的能 级，当它从高能级向低能级运动时，就会 释放出多余的热量。反之，就需要从外界 吸收热量。
温差热电制冷
半导体制冷片原理图
吸附制冷
吸附制冷系统是以热能为动力 的能量转换系统。 原理：一定的固体吸附剂对某种制 冷剂气体具有吸附作用。
1 相变制冷 利用相变时的吸热效应 2 绝热放气制冷 气体做对外做功，内能减小 3 气体等熵（绝热）膨胀制冷 4 涡流制冷
获得低温的基本方法
5 温差热电制冷（电子制冷） 珀尔帖效（PELTIER EFFECT ） 6 吸附制冷 7 绝热退磁制冷 顺磁盐等温磁化 8 氦稀释制冷 绝热退磁 温度下降
相变制冷